← Tilbage til Level Measurement & Control kategori

Detaljeret gennemgang af niveaumåling og kontrolinstrumentering

A) Betydningen

Smartere måling understøtter sikrere, mere effektive og mere bæredygtige operationer, forbedrer oppetid og forlænger levetiden uanset branchen. I enhver procesindustri kræves måling og kontrol af følgende parametre omfattende og er meget vigtig for tilfredsstillende drift af processen.

Af CNShukla, Consultant (Training & Development), Pune Techtrol Pvt. Ltd

CNShukla

â € <CNShukla, konsulent (træning og udvikling), Pune Techtrol Pvt. Ltd

  • temperatur
  • tryk
  • Niveau og
  • Flow

Betydningen af ​​niveaumåling i denne sammenhæng kan ikke overdrives, hvad enten det drejer sig om industriel procesmåling og -kontrol eller til lagertankmåling.

Betydningen af ​​niveaumåling og kontrol skyldes hovedsageligt følgende faktorer ...

  • Sikker og effektiv kontrol af processen: - En fremstillingsproces kan gå i højen, hvis niveauerne af relevante væsker og faste stoffer ikke måles og kontrolleres korrekt. Det kan også alvorligt skade produktionsudstyr og resultere i uønsket ændring i produktets kvalitet eller tab af produktion. (Eksempel - I tilfælde af dampgenererende kedler er måling og kontrol af vandstanden i kedeltromlen meget kritisk. Tab af vandstand eller overdreven vandstand er skadelig for kedlets levetid og beslægtede hjælpestoffer)
  • Overvågning og kontrol af lagerbeholdning: - Økonomisk effektivitet af enhver operation afhænger af tilstrækkelig kontrol af lagerbeholdningen. Dette er især vigtigt for poster med høj værdi, da overskydende opbevaring af sådanne varer bidrager til "lagerbeholdningsomkostninger". Dog kan lave lagerniveauer sulte produktionsaktivitet. Derfor er nøjagtig måling af niveauet for væske / fast beholdning vigtig.
  • Depotoverførsel: - Præcis måling af niveauet for væsker og faste stoffer letter transaktionen af ​​varerne med tillid og selvtillid for at sikre hurtigere afvikling af tilbud. Estimering af volumen af ​​dyre væsker som olieprodukter kan altid udføres mere nøjagtigt ved måling af niveauet snarere end ved flowmåling.
  • Menneskelig sikkerhed: - Spild af farlig væske kan skade personale, der arbejder i området, og kan potentielt skabe sikkerheds- og miljøfarer, der kan resultere i økonomiske tab. Derfor er beskyttelse mod overfyldning meget vigtig. Også uforholdsmæssig blanding af to eller flere ingredienser kan frembringe skadelige produkter.

B) Målingsteknologi

Teknologierne, der er anvendt til måling og kontrol af væske / faststofniveau, klassificeres stort set som følger.

1) Instrumenter for kontakttype - Disse instrumenter er i direkte kontakt med det væske / det faste stof, hvis niveau overvåges. De er baseret på forskellige principper, såsom Archimedes-princippet, magnetisme, hydrostatisk tryk, kapacitans, ledningsevne og Piezo-elektriske vibrationer.

Når man bruger måleinstrumenter på kontakttypeniveau, skal instrumentets konstruktionsmateriale (MOC) tages i betragtning. Man skal også være opmærksom på driftstrykket og temperaturen.

1.1 Archimedes-principper: -

  • Et legeme, hvis densitet er mindre end væsken, flyder i den væske, og vægten af ​​den fortrængte væske er lig med vægten af ​​kroppen.
  • Et legeme, der er nedsænket i væsken, vil fortrænge væskevolumen lig med volumenet af kroppen, og den drivende kraft, der opleves af det neddykkede legeme, er lig med dets vægttab.

â € <
1.2 Magnetisme: -

Magnetkraft kan bruges til at aktivere reed-afbrydere og mikro-afbrydere uden fysisk kontakt. Også magnetisk kraft kan overføres gennem ikke-magnetiske materialer.

1.3 Konduktivitet

Strømmen strømmer gennem den ledende væske for at afslutte kredsløbet mellem referenceelektrode og sensor / kontrolelektrode.

1.4 Hydrostatisk tryk: -

Denne metode afhænger af måling af tryk, der udøves på trykføler med en væskesøjle

når den er placeret i bunden af ​​tanken. Trykket, der udøves af væskesøjlen, er lig med højden af ​​væskesøjlen, h, gange den specifikke tyngdekraft, sg, af den samme.

(P = hx sg.).

Således kan vi beregne væskeniveauet 'h' i en tank, hvis vi kender væskens tryk i bunden og væskens specifikke tyngdekraft 'sg'.

1.5 Kapacitansprincip: - Kapacitansforholdet udtrykkes ved følgende ligning:

C = 0.225 K (A / D)

hvor:

C = Kapacitans i Pico Farads

K = Dielektrisk konstant af materiale

A = Pladerne i kvadratmeter

D = Afstand mellem pladerne i tommer

Kontakter og transmitter af kapacitantype bruger dette princip, hvor væske mellem to elektroder fungerer som dielektrisk konstant.

1.6 Piezo elektrisk effekt: - Piezoelektrisk effekt er evnen til visse materialer til at generere en elektrisk ladning som reaktion på anvendt mekanisk belastning. En af de unikke egenskaber ved den piezoelektriske effekt er, at den er reversibel, hvilket betyder, at materialer, der udviser den direkte piezoelektriske effekt (generering af elektricitet, når der påføres spænding) også udviser den omvendte piezoelektriske effekt (generering af spænding, når et elektrisk felt påføres) ).

Alle vibrerende gaffelafbrydere bruger elektrisk piezo-krystal og fungerer efter dette princip.

2) Instrumenter uden kontaktform - De kommer ikke i fysisk kontakt med det væske / det faste stof, hvis niveau måles. Disse instrumenter er hovedsageligt baseret på ultralyds-, radar- og laserprincipper. Man skal også være opmærksom på driftstrykket og temperaturen.

2.1 Ultrasonic princip: -

Lyd bevæger sig gennem luften med en hastighed på 343 meter / sek. ved 20 0 C. Echo af ultralydspulser ved frekvenserne 30 KHz og derover bruges til at beregne afstanden mellem sensor og mål. Området fra sensoren til målet beregnes af: -

R (t) = ct / 2

hvor: R (t) er afstanden til målet

c er lydens hastighed

t er tiden fra transmissionen, indtil ekkoet er modtaget.

2.2 Radar-princip: -

Denne ikke-kontakt radarteknologi har to forskellige versioner: Pulsradar og frekvens

Moduleret kontinuerlig bølge (FMCW) radar.

Pulsradaren - En elektromagnetisk bølge med frekvens mellem 1 og 100 GHz sendes fra antennen mod procesoverfladen på jagt efter en ændring i impedans, der vil reflektere signalet tilbage til senderen.

Intensiteten af ​​reflekterede pulser afhænger af produktets dielektriske konstant. Transittid for elektromagnetisk puls bruges til at beregne afstanden og derefter niveauet for procesvæske / faststof.

FMCW-radaren - Den bruger højfrekvens RF-signal op til 100 GHz og transmitteres mod målet og reflekteres fra måloverfladen ved forsinket tidsfrekvens. Forskellen i transmitteret og modtaget frekvens af signal er direkte proportional med afstanden fra målet fra antennen, der derefter konverteres til niveausignal for 4-20mA DC.

C) Typer af niveaumålingsinstrumenter -

1) Visuel indikation: - Det opnås ved hjælp af mekaniske niveaumålere, som ikke er afhængige af elektricitet til deres drift.

  • De bruges til kontinuerlig niveauvisning af væsker. Målere i stort niveau klassificeres som målere af glas og flydende målere.
  • Glasmålerne er baseret på princippet om, at "væske søger sit eget niveau", mens flydende målere er baseret på Archimedes-princippet.
  • Niveaumålere fås i mange forskellige materialer, såsom PP, CS, SS304, SS316, PVDF, PTFE foret SS304 eller Hastalloy C, der passer til væsketypen og driftsbetingelserne.
  • I flere anvendelser er levering af målere til direkte læsningsniveau obligatorisk som lovkrav.

Fordele: -

  • 'At se er at tro', er derfor pålidelige og er ikke afhængige af elektricitet.
  • Glasmålere giver direkte indikation af væskestand.
  • Let at installere og betjene.
  • Velegnet til applikationer ved høj temperatur og tryk.

Begrænsninger: -

  • De er egnede til fritflydende væsker, der ikke indeholder tunge suspenderede partikler.
  • Glasmålere har et skrøbeligt element som glasrør eller fladt glas.

Følgende er de typer niveaumålere, der ofte bruges i industrien.

1.1 rørformet måler: -

Måleren er monteret på siden af ​​en tank for at danne tæt sløjfe med indholdet af kar. Væskestand kan observeres i målerens glasrør. Der er beskyttelsesanordninger, der beskytter glasset mod utilsigtet brud.

Velegnet til maksimal temperatur 200 ⁰C og tryk 10 Kg / cm2

Generelt bruges disse målere til påføring i lavt tryk og generelt til 'åbne for atmosfære' tanke.

1.2 refleks / gennemsigtig glasmåler: -

Væskeniveauet observeres i fladt refleks eller transparent glas. Glas i refleks type har prismatiske korrugeringer på sin forside, idet den flydende del fremstår som sort og en del over den hvid.

Gennemsigtig måle ligner refleksen, bortset fra at målerens glas er glat færdig, og der er monteret et par glas på for- og bagside.

Velegnet til maksimal temperatur 400 ⁰C og tryk 200 Kg / cm2

1.2 refleks gennemsigtig niveaumåler
1.3 magnetisk niveaumåler

1.3 magnetisk niveau måler: -

Det består af en magnetisk flyder inde i et kammer, der består af ikke-magnetisk materiale, og indikatoren er klemt udvendigt på kammeret. Indikatoren fås i to typer, efterfølgende kapsel eller bicolor flapper.

Float følger væskestand og forbindes med kapsel / klapper for at indikere væskestand. Denne måler er multifunktionel, da den kan være forsynet med afbrydere og transmitter, der er fastgjort udvendigt på kammeret.

Det er velegnet til ætsende, giftige og farlige væsker, hvor glasmålere betragtes som usikre. Velegnet til maks. Temp 400 ⁰C og tryk 100 Kg / cm2

1.4 float board

â € <
1.4 Float & Board Gauge: -

Det er den enkleste måler, der består af float forbundet med wire reb, og den anden ende af reb er forbundet med markøren uden for tanken.

Float følger væskeniveauet, og markøren bevæger sig på skalapladen, der er fastgjort på siden af ​​tanken. Det er velegnet til væskebeholdere i bulk under atmosfærisk tryk.

1.5 float tape gauge

1.5 Float & Tape Måler: -

Dette er den mest nøjagtige måler, der måler væskeniveauet op til ± 2mm nøjagtighed. Det består af perforeret tape viklet på tromlen. Float følger væskeniveauet og tape vikles / afvikles på tromlen gennem tandhjulet.

Bevægelsen af ​​tandhjul overføres til markøren gennem gearmekanismen for at indikere niveau på urskiven.

2) Niveaudetektion eller kontrol på forudindstillede punkter: -

Dette gøres ved hjælp af niveaukontakt, der giver tænd / sluk-kontakt til operationer som alarmmeddelelse, start / stop af pumper / hjælpestoffer, aflåsning osv.

  • Bruges til at detektere væske / fast niveau i tanken. Enkelpunkts- eller flerpunktsniveaukontakter er tilgængelige.
  • Fås i mange forskellige materialer, såsom PP, CS, SS304, SS316, PVDF, PTFE foret SS304, der passer til væsketypen og driftsbetingelserne.
  • Vejrbestandig eller brandhæmmende beskyttelse til udendørs installation og installation i farligt område leveres.

Fordele: -

  • Kontakterne, der er baseret på Archimedes-princippet, kræver ikke elektricitet til deres drift. Men de giver potentielle gratis elektriske kontakter, som kan bruges til yderligere handlinger.
  • Da den elektriske kontakt er magnetisk koblet med flyderen, er der fuldstændig isolering mellem væsken og den elektriske del af instrumentet.

Begrænsninger -

  • · Nogle kontakter synes muligvis ikke egnede til direkte drift af højere belastninger.

I sådanne tilfælde kan brug af mellemrelæer / kontaktorer muligvis kræves.

Følgende er de forskellige typer niveauskontakter, der generelt bruges i industrien.

2.1 floatstyret switch

2.1 Float Guided switch -

Det kan give en eller flere punktskift. Den består af en eller flere hermetisk forseglede vederomskiftere placeret inde i styrerøret, og en magnetisk flyder bevæger sig frit langs den. Float følger væskeniveauet og aktiverer reed-kontakten.

Udgangsrørkontakterne har lav effekt (40, 60, 120 VA), men kan alligevel direkte tilsluttes PLC / DCS. Velegnet til max. Midlertidig. 150 ⁰C & tryk 10 kg / cm2

2.2 drejelig switch

2.2 Float drejelig switch -

Det er en enkeltpunktsafbryder, der generelt sidemonteres på tankvæggen. Kontakten fungerer gennem en magnetfri kobling, der skifter, for at tilvejebringe mikrokontaktomskifter kontakter af 5A, 230VAC.

Kontakten er ideelt egnet til tanke, der er utilgængelige fra top og bund. Velegnet til max. Midlertidig. 300 ⁰C & tryk 20 kg / cm2


2.3 Displacer switch -

Det er en eller flere punkter. Displaceren er ophængt fra et ståltav er forbundet til aktuatorstangen. Når stigende niveau, når fortrængningsapparatet er nedsænket i væsken, oplever det en opdriftskraft og aktiverer mikrobryteren med 5A, 230VAC-klassificering.

Niveauindstillingspunkterne kan justeres på stedet. Velegnet til maksimal temperatur 300 ⁰C og tryk på 100 Kg / cm2

2.4 konduktivitetsafbryder

2.4 Conductivity Switch -

Som navnet antyder, er det kun egnet til ledende væsker. I dette ledes et lille vekselstrømsignal gennem en referenceelektrode, og det detekteres ved kontrolelektroder ved forskellige sætpunkter.

Strømmen, der flyder fra referenceelektrode til kontrolelektrode, bruges til at betjene relæ, der kan håndtere mere strøm. Velegnet til max. Midlertidig. 100 ⁰C & tryk 5 kg / cm2

2.5 kapacitetsafbryder

2.5 kapacitetsafbryder -

Den måler kapacitans dannet af to elektroder i kontakten, hvor væske danner dielektrikum. Variation af niveau resulterer i ændring i kapacitans, som måles og relæet betjenes. Velegnet til max. Midlertidig. 60 ⁰C & tryk 5 kg / cm2

2.6 vibrerende gaffelafbryder

2.6 Vibrerende gaffelafbryder -

I luft vibrerer sin gaffel ved sin resonansfrekvens skabt ved hjælp af piezo-elektrisk krystal. Når materiale berører gaffelen, registreres dens dæmpede vibrationer i elektronik for at betjene relæ.

Det er enpunktsafbryder og fås til flydende og fritflydende granulat / pulver. Velegnet til max. Midlertidig. 250 ⁰C & tryk 10 kg / cm2

2.7 roterende skovlkontakt

2.7 roterende paddle switch -

Det er en fast detektionsafbryder. Den består af en synkronmotor, der roterer med 1 RPM. Motorens skaft forlænges til den krævede længde, og skovlen er fastgjort til den.

I mangel af materiale roterer skovlen, og når det faste niveau når frem til skovlen, stopper det med at rotere og betjener et mikroomskifterarme til at skabe skiftekontakter.

3) Måling og overvågning af kontinuerlig niveau: -

· Niveautransmittere bruges til kvantitativ måling af væsker / faste stoffer, der hjælper med lagerkontrol og depotoverførsel. De tilvejebringer generelt en elektrisk udgang fra 4 til 20 mA DC svarende til 0 til 100% af niveauet, hvilket igen kan udtrykkes i form af forskellige måleenheder inklusive volumen / vægt.

Sendere er tilgængelige i materiale af PP, SS304, SS316, PVDF belagt SS, der passer til procesvæsker. Beholdningskontrol og depotoverførsel kan udføres ved hjælp af senderen.

Advantages-

  • Eksakt kvantitativ måling letter kontinuerlig niveauovervågning.
  • Output er også tilgængelig i RS485 MODBUS eller HART. Fieldbus kompatibel.
  • Flere alarmpunkter kan tildeles fra indikator PLC / SCADA-system.
  • Begrænsninger -
  • Sendere af kontakttypeniveau er ikke egnede faste applikationer
  • Indikator / SCADA-system er nødvendigt for at vise niveau i en meningsfuld enhed.

â € <

I det følgende er de vigtigste typer sendere tilgængelige til forskellige applikationer i branchen.

3.1-float guidet sender

3.1 Float guidet sender: -

Det består af magnetisk flyder, der bevæger sig langs styrerøret, der indeholder en kæde af modstande og reedafbrydere placeret på tværs af det. Float bevæger sig på føringsrøret i henhold til væskeniveau for at aktivere reed switch og den tilsvarende spænding over modstanden konverteres til strømudgang fra 4-20mA.

Det kan bruges til maks. Midlertidig. 150 ⁰C & tryk 10 kg / cm2

3.2 Hydrostatisk sender: -

10 meter rent vandsøjle svarer til 98.1 Kpa tryk. Piezo-resistiv sensor monteret i bunden af ​​sonden måler væskesøjletryk i bunden af ​​tanken.

Det følte tryk omdannes til mv-output, der behandles for at give 4-20mA-output. Velegnet til atmosfærisk tryk og temp. 70⁰C

3.3-kapacitans-transmitter

3.3 Kapacitansniveau transmitter: -

â € <Konstruktion og bearbejdning ligner kapacitanskontakten bortset fra ændringen i kapacitans konverteres til 4-20 mA udgangssignal. Velegnet til max. temperatur 60⁰C og tryk på 5 kg / cm2

3.4-magnetostriktive-niveau-transmitter

3.4 Magnetostriktiv niveau transmitter: -

Det er høj nøjagtighed (<1mm) float type niveau transmitter En puls med strøm sendt over bølgelederledningen skaber et cirkulært magnetfelt, der interagerer med magnetfelt genereret af float for at frembringe vridning i ledningen.

Tidsforsinkelse mellem start af puls og dens tilbagevenden måles og konverteres til 4-20mA o / p, hvilket svarer til flydeposition / væskeniveau. Det kan bruges til maks. Temp 100⁰C & tryk 10 kg / cm2

3.5 styret bølgeradarniveausender

3.5 Guidet bølgeradarniveausender: -

Dette er en sendertype af kontakttype baseret på Time Domain Reflectometry (TDR) -princippet. Elektromagnetiske pulser med lav effekt sendes langs sondelængden ned til produktoverfladen og reflekteres delvist tilbage til elektronikken.

Transittid for udsendt og reflekteret puls er proportional med afstand, som derefter konverteres 4-20 mA signal. Denne sender er velegnet til maks. Temp. 250⁰C & tryk på 10 kg / cm2

Niveau-transmitter af 3.6-forskydningstype

3.6 transmitter-niveau niveau transmitter: -

Den består af en forskydningsanordning, der er ophængt fra et betjeningsgreb, hvis anden ende er forbundet til et drejningsmomentrør og yderligere til en håndtagsenhed udstyret med magnetisk system.

Ændringen i væskeniveau får driftshåndtaget til at dreje momentrør proportionalt med ændringen i den drivende kraft, der virker på forskyderen.

Denne rotation overføres til spakmontering, hvilket forårsager, at vinkelfortrængning ændrer magnetfeltet, som registreres af sensoren og omdannes til 4-20 mA o / p gennem signalbehandlingselektronik. Velegnet til maks. Temp. 300 ⁰C & tryk 60 kg / cm2

3.7 differentielt tryktransmitter-1

3.7 Differenstryktransmitter: -

Disse sendere er baseret på et piezobestandigt princip eller kapacitansprincip og bruges i vid udstrækning til niveau- og flowmåling.

De er ideelt egnede til niveaumåling i stærkt trykbehandlede fartøjer som kedeltromle. Senderen kan tilsluttes skibet ved hjælp af impulsrør. Sendere af ekstern membranforseglingstype er også tilgængelige for farlige, viskøse væsker.

3.7-differenstrykstyret-transmitter-1

3.8 ikke-kontakt ultralydsniveau-sender

3.8 Ultralydssender uden kontakt: -

Det transmitterer en kort burst af ultralyds lyd mod et mål, der reflekterer lyden tilbage til sensoren. Systemet måler derefter transittid for transmitteret og reflekteret signal, der er proportional med afstanden til målet.

Den samme transducer kan bruges til både at transmittere og modtage lyden, eller separate transducere kan bruges til at sende og modtage. Velegnet til max. Midlertidig. 70⁰C & tryk <1bar

3.9 Radar-niveau-sender uden kontakt: -

Som forklaret tidligere kan disse sendere enten være “pulstype” eller baseret på ”FMCW-princip”. Sendere er programmerbare på stedet. Højere driftsfrekvens, lavere er transmitterens rækkevidde, men bedre er opløsningen og vice versa.

Forskellige typer antenner, såsom Horn Type, Wave Guide, Parabola Type, Patch Antenna eller Drop Antenna er tilgængelige, så de passer til applikationerne. Velegnet til maks. Temp. 300⁰C & tryk på 35 kg / cm2

Kombinationer af niveaumåler, switch og sender kan også bruges. Alle målere af flydende type kan leveres med afbrydere og sendere. Magnetmåler kan leveres med dobbeltkammer, dvs. et til niveaumåling og andet til radarsender.

D) Udvælgelseskriterier

Niveaumålingsinstrument vælges under henvisning til følgende kriterier / betingelser.

  1. Kemisk kompatibilitet med væske
  2. Servicematerialets fysiske egenskaber - Tæthed, ledningsevne, dielektrisk konstant, viskositet og suspenderede partikler
  3. Arbejdstemperatur og -tryk
  4. Skum / røgforhold
  5. Omrøring / turbulens i væske
  6. Rengøringsvinkel og partikelstørrelse
  7. Områdeklassificering som farlig / ikke-farlig
  8. Monteringsposition & procesforbindelse på tanken / fartøjet
  9. Ønsket nøjagtighed

Ikke kun valg, men også korrekt installation og idriftsættelse af instrumentet er lige så vigtigt for at opnå nøjagtighed i niveaumåling.

Der er ikke et universalinstrument til niveaumåling af væsker / faste stoffer. Dog vælges passende instrument med givne kriterier som ovenfor.

E) Advent of Digital Era: -

I lighed med andre samfundslag har fremskridt inden for digital teknologi også haft gavnlige konsekvenser for niveaumålingsteknologi. Ud over den konventionelle 4 til 20 mA DC-udgang fra senderne er der også MODBUS RTU-udgang, som kan overvåges direkte fra computeren. 'Tank Farm Management System', der i det væsentlige er et SCADA-system, letter central overvågning og lagerstyring af kemikalier, opløsningsmidler og olieprodukter.

Flere funktioner, der er relateret til overvågning af niveau, såsom tænd / sluk-drift af pumper, åbne / lukke betjening af ventiler, alarmmeddelelse osv. Kan udføres fra fjernbetjening ved at bruge GSM / GPRS-netværk.

Grafisk visning og animation af niveauindikationer på DCS / SCADA-skærmbillederne gør det praktisk for operatøren at overvåge flere parametre på et øjeblik.

For nylig udføres niveaumåling og -overvågning ved hjælp af trådløs teknologi til forskellige IIoT-applikationer

Process Industry Informer

Relaterede nyheder

Giv en kommentar

Dette websted bruger Akismet til at reducere spam. Lær, hvordan dine kommentardata behandles.

Del via